老年心血管疾病的遗传学研究现状

索树珍 王凤玲 隋小芳 李雪杰 杨 泽

心血管疾病(CVD)是一组涉及循环系统、神经系统和外周血管疾病的多基因复杂疾病。它是全世界范围内导致人类死亡主要原因，据估计全世界每年大约有1700 万人死于心血管疾病，占所有死亡人数的30%［1］。遗传因素在几乎所有心血管疾病的发病风险中起着重要的作用。自2007 年以来，随着人类基因组计划和基因组单倍体图谱计划的完成，一种新的性状遗传分析策略-全基因组关联分析(genome wide association study，GWAS)应运而生，它成为目前研究复杂疾病的主要方法。近年来，研究复杂性疾病遗传变异有效的研究策略--全基因组关联分析(GWAS)发现了许多与该病相关的基因，人们通过GWAS 研究探索心血管疾病的易感基因或保护基因付出了巨大的努力，同时也取得了丰硕成果。这不仅极大地推动了CVD 分子遗传学研究进展，而且为未来的转化医学研究和临床实践奠定了基础。

1.研究策略的转变

最早发展起来的多基因病的易感位点筛查以候选基因关联分析为主。即以基因的功能变异为靶点，分析基因内部所有变异的等位基因频率在病例组和对照组中是否有统计学差异。虽然也取得了一些成绩，发现了PCSK9，APOE，MEF2A，LRP6D［2］等多个CVD 易感基因。但是，CVD 是一种典型的由多基因控制的多表型分布的遗传性复杂疾病，而通过候选基因研究策略发现的易感基因或突变仅可解释少数CVD 的发生原因，并且需要在研究之前提出假设，即需要预先依据某些尚未充分阐明的生物学基础来假设某些特定的基因或位点与疾病相关，很难发现罕见新变异，因此需要新的遗传分析方法对CVD 等复杂疾病的遗传发病机制进行研究。

随着基因分型技术的飞跃发展和人类基因组计划及基因组单倍体图谱计划的顺利完成，一种新的遗传分析策略即全基因组关联分析(GWAS)应运而生，成为目前研究多基因复杂性状的主要方法。GWAS 是通过对人类基因组中数以百万计的SNPs 进行病例-对照关联分析，来发现与复杂性疾病发生相关的遗传标记。它不仅可以评价已知基因的遗传效应，还能发现更多新的易感基因。

自2005 年Science 杂志首次报道了视网膜黄斑变性的GWAS 结果以来，生物医学界此后陆续展开一系列GWAS 研究。截至到2015 年3 月，已有1000 多项研究报道了包括CAD、脑卒中、糖尿病等在内的222 个多基因复杂疾病的研究结果［3］，这些研究不仅重复验证了过去已发现的关联位点，而且还筛选出了很多新的基因变异，这些研究成果极大地促进了多基因复杂性疾病CVD 的遗传学研究进展。

2.冠心病和心肌梗死(CAD/MI)

冠心病及其重要并发症如心肌梗死，是最常见的心血管疾病，也是由环境和遗传因素相互作用的遗传性疾病，是世界十大“疾病杀手”之一。在我国，CAD/MI 的死亡率逐年上升，每年有超过70 万人死于CAD/MI，严重威胁人类健康。

由于CAD/MI 一直是GWAS 研究的热点，所以关于CAD和M I 的GWAS 研究较多。自2007 的三个里程碑的研究，AnnaHe.lg.adottir、病例控制协会(WTCCC)和SamaniN 等［4］的GWAS 研究发现了常染色体区域9p21.3 的一个变异位点和高加索人群CAD/MI 有关。2009 年2 月，MI 遗传学研究协会在全基因组范围筛选MI 相关SNP 位点，发现了3 个新的相关易感位点(21q22，6p24 和2q33)。2011 年3 月，全球联盟Schunkert［5］对来自20000 多的CAD 病例和60000 例对照的GWAS 数据进行荟萃分析，发现13 个新的CAD 风险相关变异位点并验证了10 个之前报道的与CAD 有关的变异位点。同年Wang F 等通过多阶段多中心GWAS 研究，发现两个与中国汉族人群CAD 发病风险相关的已报道位点9p21.3 和新位点6p24.1。

在这些研究结果中，目前已经证实染色体9p21.3 区域的变异位点在CAD/ MI 的发病风险中起着重要的作用，是目前关联最强并且能够复制出的CAD/ MI 遗传风险效应位点。这个9p21 位点仅包含一个很长的非编码RNA 区域，被称作ANRIL (INK4 基因座中反义非编码RNA)。研究人员正在积极调查这非编码RNA 在动脉粥样硬化的作用。McPherson R等在对该9p21.3 区域的基因变异的可能机制研究时，发现该9p21.3 变异与CAD/MI 的病理联系与INF-1 的微调节反应无关［6］。

3.缺血性脑卒中(IS)

脑卒中是目前导致全球死亡的第四大原因和成人残疾的主要原因。在美国每年近80 万人患有脑卒中。据统计［7］，在中国每年约150～200 万人新发脑卒中，大多数的脑卒中(87%)是缺血性脑卒中［8］。缺血性脑卒中与MI/CAD 具有相同危险因素，如高血压、高血脂、糖尿病、肥胖和炎症。另一个风险因素是脑卒中或心肌梗死家族史，表明遗传因素对脑卒中也有影响。

到目前为止，GWAS 用于脑卒中遗传学上的研究较少。2007 年Matarin 等［9］首次公布了关于缺血型脑卒中的GWAS研究结果。虽然最初他们对249 个IS 和268 个对照的队列样本进行分析，检测了超过40 万种的SNP，但未发现与脑卒中相关的基因风险变异。他们后续通过对一些有意义的SNP与脑卒中亚型分析发现，选择性表达基因l(APEGl)和心源性栓塞型脑卒中的相关性。同年，Kubo 等研究了蛋白激酶cη(PKCη)家族的一个成员—PRKCH 基因的一个SNP，与腔隙性脑梗死相关。随后这些研究证实SNP1425G/A 是脑卒中的常见遗传学风险因素，并与PRKCH 基因变异在动脉硬化疾病中的作用相吻合。2009 年国际卒中遗传联盟(ISGC)研究发现，染色体9p21 位点上的6 个SNP 是动脉粥样硬化性缺血性卒中的独立风险因素并随后对该变异导致IS 可能机制及临床应用进行了深入研究［10］。衰老基因组流行病学研究联盟(CHARGE)一项研究结果显示，染色体12p13 上的一个基因位点增加了卒中发病风险。该研究随后对四个大样本队列人群GWAS 研究进行了Meta 分析，包括19602 个白人(1544 例初发卒中，包括1164 个IS)，并将该结果在随后的黑人和白人人群队列中成功复制。另外一个在亚洲人群中的研究显示，CELSR1 是日本人群IS 的易感基因，但在非日本人群中没有得到证实［11］。

由于IS 是由不同病因和发病机制构成的一组临床综合征，只有某一特定亚型的IS 才有可能存在相关特异基因，因此，针对IS 亚型的特异性相关基因的研究越来越受到重视。一项1661 例IS 病例和10815 例对照的研究发现，染色体4q25 上一个与转录因子PITX2(pituitary homeobox 2)相邻位点的基因与心源性卒中有关。随后一项研究证实，染色体16q22 上的ZFHX3 基因也和心源性卒中相关［12］。Traylor M等近期对一个纳入了包括12389 个病例和62004 个对照的15个欧洲裔人群进行Meta 分析，进一步证实PITX2 和ZFHX3与心源性卒中明显相关，并且发现9p21 位点和组蛋白去乙酰化酶9(HDAC9)参与了大血管卒中的发病［13］。另一项由ISGC 参与的欧洲人群的研究也得出了相似结果［14］。而英国伦敦国王大学的研究人员发现ABO 基因变异与大血管和心源性卒中相关，但与小血管病无关［15］。除欧洲人群外，ISGC 分析了来自澳大利亚的1162 例IS 患者，发现在6p21.1 位点的rs556621 片段与大动脉粥样硬化性卒中相关［16］。之后在10个独立人群的1715 例大动脉粥样硬化型卒中和52695 例对照中重复了这一结果。

总之，大部分关于中风的遗传研究已经在北美和欧洲高加索人中完成，这些研究说明不同的卒中亚型之间其发病机制不同。提示不同卒中亚型有各自独立的相关致病基因，亚型特异基因为卒中的遗传学研究奠定了一个新的里程碑。

4.转化医学的应用前景

转化医学(translational medicine)是近年来国际医学领域出现的新概念，它是探讨如何更有效、更快捷地从试验台到病床旁的一门学科，又称B2B (beside to bedside)，是建立在基因组遗传学基础上的现代医学。GWAS 研究使得越来越多的与CVD 发生、发展相关的易感基因或位点被发现，这使得人们对于CVD 有了更为深入的认识，这也为科学家们带来了新的挑战:那就是如何将CVD 的分子遗传学研究结果应用到临床实践中去。一个令人鼓舞的典范就是基于PCSK9 基因变异PCSK9 抑制剂的药物治疗，该药物通过单克隆抗体合成，可以降低患者LDL-C，从而达到预防和治疗CAD/MI 的目的，该药已经顺利完成Ⅰ期和Ⅱ期临床测试阶段［17］。一个直接的应用就是利用基因诊断对可能的CVD 高危患者进行筛查，从而及早给予生活方式和药物等干预，使其收益。最近，美国和欧洲心脏协会达成一项共识，建议心脏电子传导障碍疾病和心肌病患者进行基因测试，使得基因检测已广泛应用于单基因CVD 疾病如肥厚性心肌病、QT-间期延长综合征和类似中风发作等筛查、诊断和治疗中。但是不建议应用于多基因CVD 疾病，因为利用遗传标记是否可以全面评估这些疾病仍需要进一步研究，继而人们转向其他可能的临床应用途径。

2008 年Wingrove JA 等研究发现23 个基因在人外周血中表达量与冠状动脉粥样硬化程度相关，提示这些基因的表达水平可以预测CAD 的发病程度。随后，Eric J.Topol 等联合美国30 个研究中心共同建立了PRDICT 研究，结果显示单独的基因表达水平评分系统(GES)就能有效地预测CAD 的粥样硬化程度。而Daniels SE 等［18］于2014 年之前基础上扩大PRDICT 研究，显示基因表达评分随时间推移或/和药物干预其变化不明显，再次提示我们分析患者相关风险基因表达水平，用于临床药效学评估，可能是一种有效可行转化途径。

5.结语

综上所述，在过去几年中GWAS 研究取得的巨大成果，将疾病变异的遗传分析推进了一个新的时代。通过GWAS研究不仅将以前发现的已知变异位点在CVD 大样本人群中得到验证，而且还发现了许多与CVD 疾病常见类型CAD/MI、IS 相关的新基因变异，这无疑对我们理解CVD 的遗传发病机制奠定了基础，也大大地促进了CVD 遗传学的发展。但是仍有一些不足，一方面对GWAS 发掘出的大量基因变异数据的分析处理能力不足，另一方面GWAS 又难以检出少见或罕见的可能致病变异。因此我们要对已发现的CVD 相关变异区域深度基因组序列分析，同时也需要积极发掘少见或罕见变异，以便缩短基础医学向临床医学的转化时间，早日使CVD基因组学应用于临床造福人类!

1 徐曼，逯星竹，毕学苑，等.肌浆网/内质网钙调控在心血管疾病中的研究进展［J］.心脏杂志，2015，02:216-220.

2 Schunkert H，Erdmann J，Samani NJ，et al.Genetics of myocardial infarction:A progress report［J］.EuropeanHeart Journal，2010，31(8):918-925.

3 李修春.中国汉族人群冠心病的分子遗传学研究［D］.华中科技大学，2013.

4 Samani NJ，Erdmann J，Hall AS，et al.Genomewideassociation analysis of coronary artery disease［J］.N Engl JMed，2007，357(5):443-453.

5 Schunkert H，Konig IR，Kathiresan S，et al.Largescaleassociation analysis identifies 13 new susceptibility loci for coronary artery disease［J］.NatureGenetics，2011，43(4):333-338.

6 McPherson R.Chromosome 9p21.3 locus for coronary artery disease:how littlewe know［J］.J Am CollCardiol，2013，62(15):1382-1383.

7 柳华，季一飞，熊利，等.缺血性脑卒中的遗传研究进展［J］.西部医学，2013，06:803-806.

8 Roger VL，Go AS，Lloyd-Jones DM，et al.Heartdisease and stroke statistics-2011 update:A report from the American Heart Association［J］.Circulation，2011，123(4):208-219.

9 MatarinM，Brown WM，Seholz S，et al.A genuine-widegenotyping study in patients with isehaemic stroke:initial analysis and data release［J］.Lancet Neurol，2007，26(6):414-420.

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12 Gudbjartsson DF，Holm H，Gretarsdottir S，et a1.A sequence variant in ZFHX3 on 16q22 associates with atriaI fibrillation and ischemic stroke［J］.Nat Genet，2009，41(8):876-878.

13 Traylor M，Farrall M，Holliday EG，et a1.Genetic risk factorsforischemic stroke and its subtypes:a meta-analysis of genomewide association studies［J］.Lancet Neurol，2012，11(11):951-962.

14 International Stroke Genetics Consortium (ISGC)，WellcomeTrust Case Control Consortium 2(WTCCC2)，Bellenguez C，et al.Genomewide association study identifies a variant in HDAC9 associated with large vessel ischemic stroke［J］.NatGenet，2012，44(7):328-333.

15 Williams FM，Carter AM，Hysi PG，et al.Ischemic stroke is associated with the ABO locus［J］.AnnNeurol，2013，73(1):16-31.

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17 Roberts R.PCSK9 inhibition-a new thrust in the prevention of heart disease:genetics does it again［J］.Can J Cardiol，2013，29(6):899-901.

18 Daniels SE，Beineke P，Rhees B，et al.Biological and analytical stability of a peripheral blood gene expression score for obstructive coronary artery disease in the PREDICT and COMPASS studies［J］.CardiovascTransl Res，2014，7(7):615-622.